变电站（所）电气一次部分设计

课程设计

变电站（所）电气一次部分设计

指导老师：孔莲芳

学院名称

工程学院

专业班级

11电气3班

变电所一次部分设计说明书

TOC\o"1-4"\h\u

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前言

4

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第一部分变电站（所）电气一次部分设计任务书

5

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一、地区电网的特点

5

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二、建站规模

5

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第二部分变电站（所）电气一次部分设计说明书

8

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一、电气主接线设计

8

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1.1主接线的设计原则和要求

8

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1.1.1主接线的设计原则

8

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1.1.2主接线设计的基本要求

9

1.

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2电气主接线的设计程序

10

1.

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3电气主接线方案确定

10

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1.3.1220kV电气主接线方案确定

10

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1.3.2110kV电气主接线方案选择

12

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1.3.335kV电气主接线方案选择

14

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1.3.4主接线图

16

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二、负荷计算和主变选择

17

2.

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1主变压器选择原则

17

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2.1.1主变压器台数的选择

18

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2.1.2主变压器容量的选择原则

18

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2.1.3主变压器型式和结构的选择

19

2.

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2主变压器的选择步骤

20

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2.2.1主变压器台数的选择

20

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2.2.2主变压器容量的确定

20

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三、站（所）用电设计

21

3.

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1所用变压器选择

21

3.

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2所用电接线图

22

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四、高压电气设备选择

24

4.

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1断路器的选择与校验

24

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4.1.1断路器选择的具体技术条件

24

4.

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2隔离开关的选择及校验

26

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4.2.1隔离开关选择的具体技术条件

26

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4.3电流互感器的选择及校验

27

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4.3.1电流互感器选择的具体技术条件

27

4.

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4电压互感器的选择及校验

2

9

4.

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5熔断器的选择与校检

30

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4.5.1熔断器装设需要格外注意的一点

31

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4.5.2熔断器选择的具体技术条件

31

4.

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6母线的选择与校检

32

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4.6.1导体选择的一般要求

32

4.

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7电缆的选择与校检

33

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4.7.1电力电缆应按以下条件进行选择和校验

33

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五、防雷及过电压保护装置设计

33

5.

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1防雷设置原则和措施

33

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5.1.1阀型避雷器的条件选择

34

5.

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2避雷针的配置

35

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5.2.1避雷针的配置原则

35

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第三部分变电站（所）电气一次部分设计计算书

36

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1、负荷计算

36

1.

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1主变负荷计算

36

1.

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2站用变负荷计算

37

1.

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3绘制短路电流计算结果表

3

8

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2、高压电气设备选择

38

2.

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1高压断路器的选择及校验

39

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2.2隔离开关的选择及校验

41

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2.3电流互感器的选择及校验

43

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2.4电压互感器的选择及校验

46

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2.5电流互感器的选择及校验

46

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2.6母线选择及校验

46

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2.7电缆选择及校验

48

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3、防雷保护计算

49

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第四部分变电站（所）电气一次部分设计任务分配

52

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第五部分变电站（所）电气一次部分设计参考文献

52

前言

本设计为华南农业大学2011级电力系统及自动化专业课程设计，设计题目为：110KV变电站（电气部分）设计。此设计任务旨在体现我们对本专业各科知识的掌握程度，培养我们对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时让我们体验学用结合的乐趣。

首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。

在设计过程中，查阅大量相关技术资料，经多次修改，形成设计稿。

第一部分变电站（所）电气一次部分设计任务书

一、地区电网的特点

本地区变电站通过三回线（架空线80km）从系统获取电能，（每回架空线的单位长度等值电抗=0.4欧/km）。系统在夏季负荷用电紧张或有不足。

二、建站规模

（1）变电站类型：220kV变电工程

（2）电压等级：220kV、110kV、35kV

（4）出线回数及传输容量

电压

负荷

名称

每回最大负荷（KW）

功率因数

回路数

供电方式

线路长度（km）

110KV

区变1

7000

0.9

2

架空

15

区变2

6300

0.88

2

架空

7

A区（二级负荷）

3000

0.9

1

架空

10

B区（三级负荷）

2000

0.9

1

架空

12

C区（二级负荷）

4000

0.88

2

架空

11

备用

2

35KV

变电所1

8000

0.9

2

架空

5

加工厂1

900

0.88

1

电缆

4

加工厂2

990

0.9

1

电缆

5

变电所2

5000

0.89

2

架空

10

材料厂

700

0.9

2

电缆

2

备用

1

三、环境条件

变电所位于某城市，地势平坦，交通便利，空气较清洁，区平均海拔800米，最高气温41℃，最低气温0℃，年平均雷电日90日/年，土壤电阻率高达1000.M

四、短路阻抗

系统作无穷大电源考虑

五、主接线的要求

尽量满足可靠性

第二部分变电站（所）电气一次部分设计说明书

电气主接线设计

1.1 电气主接线设计的设计原则和要求

1.1.1主接线的设计原则

考虑变电站在电力系统的地位和作用

变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

考虑近期和远期的发展规模

变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。

考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响

对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。

考虑主变台数对主接线的影响

变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

考虑备用量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

1.1.2 电气主接线的主要要求

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线总体方案的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，需要对发电厂、变电站的主接线总体方案进行缜密的比较，最终选择确定最佳方案。发电厂、变电站主接线总体方案的确定必须满足以下基本要求：

a）供电可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线能可靠地工作，以保证对用户不间断供电，其评价标准有以下几点：(1)断路器检修时，不宜影响对系统的供电；(2)线路或母线发生故障时应尽量减少线路的停运回路数和主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；(3)尽量避免变电站全部停运的可能性。

b）运行检修的灵活性

电气主接线应满足在调度、检修时的灵活性。(1)调度运行中应可以灵活的投入和切除变压器和线路，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度运行要求，实现变电站的无人值班；(2)检修时，可以方便的停运断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行和对用户的供电。

c）适应性和可扩展性

能适应一定时期内没有预计到的负荷水平的变化，满足供电需求。扩建时，可以适应从初期接线过渡到最终接线。在影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。

d）经济合理性

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，要求做到经济合理。(1)投资省。即变电站的建筑工程费、设备购置费、安装工程费和其他费用应节省，采用不同的接线方式，其投资具有明显的不同。(2)占地面积小。主接线设计要为配电装置创造条件，采用不同的接线方式，配电装置占地面积有很大的区别。(3)能量损失小。

变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

电气主接线的设计程序

电气主接线设计，一般分以下几步：

（1）对原始资料分析。

（2）拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留2个技术上相当的较好方案。

（3）对2个技术上比较好的方案进行经济计算。

(4)接线图汇总，绘制总的接线图

1.3 电气主接线方案确定

1.3.1 220kV电气主接线方案确定

在220kV配电装置中，一般不采用单母线接线；出线回路数为3—4回时，采用单母线分段接线；出线回路数在4回及以上，一般采用双母线接线；当0—220kV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数在4回及以上时，一般采用双母线分段接线；当系统不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

根据以上分析，筛选保留两种比较符合任务书要求的主接线形式，分别为单母线分段接线和双母线接线。如图1、图2所示：

图1单母线分段接线带旁路母线接线

图2双母线接线带旁路母线接线

表1 220kV接线方案比较表

项目/方案

方案1

方案2

技术性比较

eq\o\ac(○,1)

简单清晰、操作方便、易于发展

eq\o\ac(○,1)

运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易于扩建但是道闸操作较复杂

eq\o\ac(○,2)

可靠性、灵活性差、旁路断路器可代替出线断路器，实现不停电检修

eq\o\ac(○,2)

母联断路器可代替出线断路器实现不断电检修，一定程度上提高了可靠性

经济性比较

eq\o\ac(○,1)

设备少、投资相对比较小

eq\o\ac(○,2)

分段断路器兼作旁路断路器节省投资

eq\o\ac(○,1)

占地面积大、设备较多、投资大

eq\o\ac(○,2)

母联断路器兼作旁路断路器节省投资

综上，结合任务书里尽可能满足可靠性的要求，220kV配电装置选择方案2较为合适。

1.3.2110kV电气主接线方案选择

在110kV—220kV配电装置中，当出线回路数为3—4回时，一般选用单母线分段接线作为主接线；当出线回数为6回及6回以上时，一般采用双母线接线方式；当110kV配电装置在系统中地位较为重要，出线在6回以上时，可采用单母线分段带旁路母线的主接线方式以提高供电的可靠性；当然，当不允许停电检修时，可考虑设置旁路母线保证持续供电。

根据以上分析，结合任务书对110kV主接线的要求，筛选出下列两种主接线形式进行比较择优。如图3和图4所示：

图3双母线接线

图4单母线分段带旁路母线接线

表2 110kV接线方案比较表

项目/方案

方案3

方案4

技术性比较

eq\o\ac(○,1)

运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易于扩建但是道闸操作较复杂

eq\o\ac(○,1)

简单清晰、操作方便、易于发展

eq\o\ac(○,2)

母联断路器可代替出线断路器实现不断电检修，一定程度上提高了可靠性

eq\o\ac(○,2)

可靠性、灵活性差、旁路断路器可代替出线断路器，实现不停电检修

经济性比较

eq\o\ac(○,1)

占地面积大、设备较多、投资大

eq\o\ac(○,1)

设备少、投资相对比较小

eq\o\ac(○,2)

分段断路器兼作旁路断路器节省投资

综上，结合任务书对110kV出线的要求，单母线分段接线带旁路母线在经济性上和可靠性都占有一定的优势，主接线选择方案4较为合适。

1.3.335kV电气主接线方案选择

在35kV—60kV配电装置中，当出线回路数为4—8回时，一般采用单母线分段接线较为合适，当断路器无条件检修时，可不设置旁路母线；当出线回路数为8回以上时，采用双母线接线作为主接线形式，当采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关；

根据以上分析，结合任务书对35kV配电装置接线的一些要求，35kV配电装置接线拟采用以下两种接线方式择优取之。如图5和图6所示：

图5单母线分段带旁路母线接线

图6双母线接线

表3 35kV接线方案比较表

项目/方案

方案5

方案6

技术性比较

eq\o\ac(○,1)

简单清晰、操作方便、易于发展

eq\o\ac(○,1)

运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易于扩建但是道闸操作较复杂

eq\o\ac(○,2)

可靠性、灵活性差、旁路断路器可代替出线断路器，实现不停电检修

eq\o\ac(○,2)

母联断路器可代替出线断路器实现不断电检修，一定程度上提高了可靠性

经济性比较

eq\o\ac(○,1)

设备少、投资相对比较小

eq\o\ac(○,2)

分段断路器兼作旁路断路器节省投资

eq\o\ac(○,1)

占地面积大、设备较多、投资大

综上，虽然双母线接线的投资比较多，但是由于任务书给的35kV出线回路数有9回之多，显然在系统中是相当重要的一部分，加之任务书要求的尽可能满足可靠性的要求，故采用具有较高可靠性的双母线接线较为合适。

1.3.4主接线图

综上所述，220kV电压等级采用双母线带旁路母线接线，110kV电压等级采用单母线分段带旁路母线接线，35kV电压等级采用双母线接线；那么，总的主接线图如图7所示：

图7总的接线图

其中，正常工作的时候220kV双母线处于并列运行状态，母联断路器闭合；110kV分段短路器闭合，并列运行，有两回出线的负荷分别从不同段母线上获得电能，即使有一段母线故障，也能获得一半电能的供给，采用明备用；35kV双母线接线母联断路器闭合，处于并列运行，采用明备用。

主变选择说明书部分

负荷计算和主变选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。

2.1主变压器选择原则

在各电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，它担任着向用户输送功率，或者在两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年的发展规划综合分析，合理选择。否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且还会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备也未必能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

在生产上电力变压器分为单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，从经济性方面来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

2.1.1主变压器台数的选择

1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。

2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

3）对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

2.1.2主变压器容量的选择原则

主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，适当考虑到远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计其过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。

同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行系列化、标准化。

2.1.3主变压器型式和结构的选择

相数

容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。因此本设计中采用三相变压器。

绕组数与结构

电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。在一发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。考虑到此次设计中有220KV、110KV和35KV三个电压等级，因此主变压器采用的是三绕组型式。

绕组接线组别

变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。

调压方式

为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。

通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。

冷却方式

电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。。容量在31.5MVA及以上的大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。此变电站主变压器采用强迫油循环风冷却。

2.2主变压器的选择步骤

2.2.1

主变压器台数的选择

根据原始资料，本变电站为220KV降压变电站，负荷重、出线多，所以考虑用两台主变压器。有两台主变压器，可保证供电可靠性，避免一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。

2.2.2

主变压器容量的确定

1选择原则

（1）主变压器容量一般按变电站建成后10~5年的规划负荷选择，并应考虑变压器正常工作和事故时过负荷能力。

（2）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站；应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内应保证对一、二级负荷的供电。

2主变容量确定

根据选择原则和已确定选用两台主变压器，当一台变压器单独运行时能满足70%的负荷的电力需要。考虑未来增加10年的发展规划。这里设每年增长的负荷率为5%。

计算所有负荷大小：

当一台变压器停运时，其余变压器的容量应满足全部负荷70%~80%

S=（70%~80%）*=KVA

选取两台变压器，容量为，型号SFPS7-63000/220

S=63MVA0.8*

根据以上容量的选择要求，选择型号为SFPS3-63000/220

额定容量

(kVA)

额定电压

(kV)

空载电流

(%)

损耗

(kW)

阻抗电压

(%)

连接

组别

标号

高压

中压

低压

空载

负载

高-中

高-低

中-低

63000

69

10.5

1.3

95

376

22.51

13.6

8

YNy0d11

图8主变参数图

站（所）用电设计

3.1所用变压器选择

对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段35kv母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。

对于变压器的选择原则：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。

考虑以上情况以及考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况可选用油式变压器，具体型号为S7-400/35，变压器容量计算方法为：

故可以根据315kva容量以及留有一定裕度来选择容量为400kva的变压器S7-400/35，具体的型号参数如下表所示：

表4站用变压器S7-400/35参数

高压

（kv）

低压

（kv）

连接组标号

空载损耗（W）

负载损耗（W）

空载电流（%）

阻抗电压（%）

外形尺寸

（长*宽*高mm）

35

0.4

Y,yn0

920

6400

2.0

6.5

1960*1180*2360

3.2所用电接线图

变电站的主要站用电负荷是变压器冷却装置，直流系统中的充放电装置和晶闸管整流设备，照明、检修及供水和消防系统，小型变电站，大多只装1台站用变压器，从变电站低压母线引进，站用变压器的二次侧为380V中性点直接接地的三相四线制系统。对于中型变电站或装设有调相机的变电站，通常都装设2台站用变压器，分别接在变电站低压母线的不同分段上，380V站用电母线采用低压断路器进行分段，并以低压成套配电装置供电。因而本设计两台所用变压器分别接于35KV母线互为备用，平时运行当一台故障时，另一台能够承担变电所的全部负荷。同时使用单母线分段接线，有以下优点：1.不会造成全所停电2.调度灵活3.保证对重要用户的供电。接线图如下图*所示：

图9所用电接线图

同时考虑到无功功率与系统稳定性、可利用传输能力、系统电压及运行经济性等有着紧密的联系，其中变电站的无功补偿对于系统的安全经济运行有着重要的影响。因此我们要进行合理的无功补偿。

根据《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》，无功补偿配置应根据电网情况实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，使电网的无功功率实现分层分区平衡，各电压等级之间要尽量减少无功功率的交换，满足降损和调压的需要。220kV变电站在主变压器最大负荷时其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。220kV变电站的容性无功补偿以补偿主变压器无功损耗为主，并适当补偿部分线路的无功损耗。补偿容量按照主变压器容量的10%～25%配置，并满足220kV主变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.95。

高压电气设备选择

4高压电气设备选择

导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。

4.1断路器的选择与校验

断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器，电压110－330kV电网，可选用SF6或空气断路器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。

4.1.1断路器选择的具体技术条件

额定电压选择：

额定电流选择：

额定短路开断电流选择：

式中：——断路器实际开断时间t的短路电流周期分量有效值，当

开端时间小于0.1s时，，A；

——断路器的额定开断电流。

动稳定校验：

热稳定校验：

式中：——短路期内短路电流热效应；

其中：。

220kV母线侧与进线侧选LW型断路器，其参数如表5所示：

表5220kV高压断路器LW2-220/2500-31.5型的技术数据

型号

额定电压（kV）

最高工作电压（kV）

额定电流（A）

额定短路开断电流（kA）

额定关合电流峰值（kA）

动稳定电流峰值（kA）

4s热稳定电流（kA）

合闸时间（s）

分闸时间（s）

LW2-220

220

252

2500

31.5

80

80

31.5

0.15

0.05

110kV母线侧与进线侧选LW6-110-31.5型断路器，其参数如表6所示：

表6110kV高压断路器LW6-110-31.5型的技术数据

型号

额定电压（kV）

最高工作电压（kV）

额定电流（A）

额定短路开断电流（kA）

动稳定电流峰值（kA）

3s热稳定电流（kA）

额定失步开断电流（kA）

合闸时间（ms）

分闸时间（ms）

LW6-110

110

126

3150

31.5

125

50

12.5

5≤

3≤

35kV母线侧与进线侧选SW2-35/2000-16.5型断路器，其参数如表7所示：

表735kV高压断路器SW2-35/2000-16.5型的技术数据

型号

额定电压（kV）

最高工作电压（kV）

额定电流（A）

额定短路开断电流（kA）

动稳定电流峰值（kA）

4s热稳定电流（kA）

合闸时间（s）

分闸时间（s）

SW2-35

35

40.5

2000

16.5

1000

16.5

0.4

0.06

4.2隔离开关的选择及校验

隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。

隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。

4.2.1隔离开关选择的具体技术条件

额定电压选择：

额定电流选择：

动稳定校验：

热稳定校验：

式中：与其相应的断路器的该值一样。

原始材料给出的海拔为1000米，因此还是可以隔离开关为高原型。

220kV母线侧与进线侧选GW4-220/630型隔离开关，其参数如表8所示：

表8220kV高压隔离开关GW4-220/630型的技术数据

型号

额定电压（kV）

最高电压（kV）

额定电流（A）

动稳定电流峰值（kA）

4s热稳定电流有效值（kA）

GW4-220

220

252

630

50

20

110kV母线侧与出线侧选GW4-110/630型隔离开关，其参数如表9所示：

表9110kV高压隔离开关GW4-110/630型的技术数据

型号

额定电压（kV）

最高电压（kV）

额定电流（A）

动稳定电流峰值（kA）

4s热稳定电流有效值（kA）

GW4-110

110

126

630

50

20

35kV母线侧与出线选GW4-35/1600型隔离开关，其参数如表10所示：

表1035kV高压隔离开关GW4-35/1600型的技术数据

型号

额定电压（kV）

最高电压（kV）

额定电流（A）

动稳定电流峰值（kA）

4s热稳定电流有效值（kA）

GW4-35

35

40.5

1600

100

31.5

4.3电流互感器的选择及校验

电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6~20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器，对于35kV及以上配电装置，一般用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时，应尽量釆用套管式电流互感器。

电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时，亦可考虑用1A。

4.3.1电流互感器选择的具体技术条件

一次额定电流的选择：

当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表有最佳工作，并在过负荷时，使仪表有适当的指示。

电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择。

电缆式零序电流互感器窗中应能通过一次回路的所有电缆。

当保护和测量仪表共用一组电流互感器时，只能选用相同的一次电流。

准确级的选择：

与仪表连接接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于以下要求：

用于电能测量的互感器准确级：

0.5功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级；2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器；一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。

一次额定电压选择：

一次额定电流选择：

动稳定校验：

内部动稳定可用下式校验：

I1N电流互感器的一次绕组额定电流（A）

Imax短路冲击电流的瞬时值（kA）

KdwCT的1s动稳定倍数

热稳定校验：

电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I1n来校验：

(I1N×Kt)²≥I∞²tdz

Kt为CT的1s热稳定倍数；

220kV变压器侧与进线侧选电流互感器型号为LB-220/2×300/5型，其参数如表11所示：

表11220kV电流互感器LB-220/2×300/5型的技术数据

型号

额定电流比（A）

级次组合

二次负荷（VA）

短时热电流

（倍数）

动稳定电流

（倍数）

备注

变压器油牌号

LB-220

2×300/5

0.5/10P/10P/10P/10P

50

2×21

2×55

油浸式电流互感器

25#

110kV变压器侧与出线侧选电流互感器型号为LB2-110/2×300/5型，其参数如表12所示：

表12110kV电流互感器LB2-110/2×300/5型的技术数据

型号

额定电流比（A）

级次组合

短时热电流

（倍数）

动稳定电流

（倍数）

备注

变压器油牌号

LB2-110

2×300/5

B/B、B/0.5

21

53.5

油浸式电流互感器

25#

35kV变压器侧与出线侧选电流互感器型号为LB6-35/5~2000/5型，其参数如表13所示：

表1335kV电流互感器LB6-35/5~2000/5型的技术数据

型号

额定电流比（A）

级次组合

短时热电流

（倍数）

动稳定电流

（倍数）

备注

变压器油牌号

LB6-35

5~2000/5

0.5/B1/B2

40

102

油浸式电流互感器

25#

4.4电压互感器的选择及校验

电压互感器的型式应根据使用条件选择：6－20kV屋内配电装置，一般釆用油浸绝缘结构，也可釆用树脂绕注绝缘结构的电压互感器。

35－110kV的配电装置，一般釆用油浸绝缘结构的电压互感器，220kV以上，一般釆用电容式电压互感器。

当需要和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器，或有第三绕组的单相电压互感器组。电压互感器三个单相电压互感器接线，主二次绕级连接成星形，以供电给测量表计，继电器以及绝缘电压表，对于要求相电压的测量表计，只有在系统中性点直接接地时才能接入，附加的二次绕组接成开口三角形，构成零序电压滤过器供电给继电器和接地信号（绝缘检查）继电器。

一次回路电压选择：

二次回路电压选择：

表14电压互感器的副边电压

线圈

副线圈

接成开口三角形的附加线圈

高压侧接法

接于原边线电压上

接于原边相电压上

在大接地电流系统中

在小接地电流系统中

副边电压（V）

100

100/√3

100

100/√3

220kV选电压互感器型号为JCC－220型，其参数如表15所示：

表15220kV电压互感器JCC－220型的技术数据

型式

额定变比

在下列准确等级下额定容量(VA)

最大容量(VA)

连接组

1级

3级

单相

(屋外式)

JCC-220

500

1000

2000

1/1/1-12-12

110kV选电压互感器型号为JCC－110型，其参数如表16所示：

表16110kV电压互感器JCC－110型的技术数据

型式

额定变比

在下列准确等级下额定容量(VA)

最大容量(VA)

0.5级

1级

单相

(屋外式)

JCC-110

500

1000

2000

35kV选电压互感器型号为JDJJ－35型，其参数如表17所示：

表17110kV电压互感器JDJJ－35型的技术数据

型式

额定变比

在下列准确等级下额定容量(VA)

最大容量(VA)

0.5级

1级

3级

单相

(屋外式)

JDJJ-35

150

250

600

1200

4.5熔断器的选择与校检

高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。

4.5.1熔断器装设需要格外注意的一点

110kV及以上的电压互感器一次侧不装设熔断器！

因为电压互感器一次侧装设熔断器的作用主要是为了保护电压互感器本体各种短路故障。

而110kV及以上的电压互感器一般采用串级绝缘结构，绝缘裕度大，内部线圈和绝缘引起事故的可能性较小，而外部引线采用硬连接，不易发生相间短路故障。

此外，该系统均为中性点直接接地系统，每相互感器只有承受相电压的可能，不会承受线电压。另外，其二次通常装设自动过负荷小开关，不致因二次回路故障威胁互感器本体。

所以110kV及以上的电压互感器一次侧不装设熔断器！

4.5.2熔断器选择的具体技术条件

电压：

限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中，以免因过电压而使电网中的电器损坏，故应为

电流：

式中：——熔体的额定电流。

——熔断器的额定电流

根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流，应保证前后两级熔断器之间，或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。

断流容量：

式中：——三相短路冲击电流的有效值。

——熔断器的开断电流。

35kV选高压熔断器型号为RW9－35型，其参数如表18所示：

表1835kV高压熔断器RW9－35型的技术数据

系列型号

额定电压（kV）

额定电流（A）

断流容量（MVA）

备注

RW9－35

35

0.5

2000

保护户外电压互感器

4.6母线的选择与校检

目前常用的导体有硬导体和软导体，硬导体形式有矩形、槽形和管形。

各种导体的特点：

矩形导体：散热条件较好，便于固定和连接，但集肤效应大，因此，单条矩形导体最好不超过1250mm2，当工作电流超过最大截面单条导体允许载流量时，可将2-4条矩形导体并列使用。矩形导体一般只用于35kV以下，电流4000A及以下的配电装置中。

槽形导体：机械强度好，载流量大，集肤效应系数较小。槽形导体一般用于4000~8000A的配电装置中，一般适用于35kV及以下。

管形导体：集肤效应系数较小，机械强度高，管内可以通风或通水，用于8000A以上的大电流母线。圆管表面光滑，电晕放电电压较高，可用于110kV及以上的配电装置中。

软导体：软导体分为单根软导线和分裂导线。分裂导线可满足大的负荷电流及电晕、无线电干扰要求，且抗震能力强，经济性好。

4.6.1导体选择的一般要求

裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择或校验：

工作电流

经济电流密度

电晕

动稳定或机械强度

热稳定

同时也应注意环境条件如温度、日照、海拔等。

导体截面可按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。一般来说，母线系统包括载流导体和支撑绝缘两部分。载流导体可构成硬母线和软母线。软母线是钢芯铝绞线（有单根、双分裂和组合导线等形式），因其机械强度决定于支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。110kV及以上高压配电装置，一般采用软导线。

220kV母线选裸导体型号为LGJ-300型，其参数如表19所示：

表19220kV裸导体母线LGJ-120型的技术数据

标称截面（mm2）

长期允许载流量（A）

环境温度（oC）

+70oC

300

735

20

110kV母线选裸导体型号为LGJ-240型，其参数如表20所示：

表20110kV裸导体母线LGJ-240型的技术数据

标称截面（mm2）

长期允许载流量（A）

环境温度（oC）

+70oC

240

655

20

35kV母线选裸导体型号为单条矩形铝导体-100×8型，其参数如表21所示：

表2135kV裸导体母线单条矩形铝导体-100×8型的技术数据

导体尺寸h×b(mm×mm)

单条

平放（A）

竖放（A）

Kf

100×8

1547

1682

1.05

4.7电缆的选择与校检

4.7.1电力电缆应按以下条件进行选择和校验

电缆芯线材料及型号

额定电压

截面选择

允许电压降校验

热稳定校验

电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。

35kV出线电缆选截面积为S=25mm2，其参数如表22所示：

表2235kV电缆S=25mm2型的技术数据

缆芯截面（mm2）

额定电流（A）

长期连续负荷允许载流量（A）

25

80

138

防雷及过电压保护装置设计

5.1防雷设置原则和措施

变电所的雷害主要有两个方面：一、雷击变电所，二、雷击输电线路后产生的雷电波侵入变电所。

避雷器是一种保护电器，用来保护配电变压器，电站和变电所等电器设备的绝缘免受大气过电压或某些操作过电压的危害。大气过电压由雷击或静电感应产生；操作过电压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致。

避雷器有两种：

阀型避雷器按其结构的不同，又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器。

管型避雷器，利用绝缘管内间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭。用于线路作为防雷保护。

5.1.1阀型避雷器的条件选择

额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。

灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）；在中性点不接地或经消弧线圈接地的的电网中应不低于设备最高运行线电压的110%和100%。在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的80%

220kV母线接避雷器选FZ-220J型，其参数如表23所示：

表23 220kV避雷器FZ-220J型的技术数据

型号

组合方式

额定电压(kV)

灭弧电压(kV)

工频放电电压(kV)

不小于

不大于

FZ-220J

8×FZ-30

220

200

448

536

110kV母线接避雷器选FZ-110型，其参数如表24所示：

表24 110kV避雷器FZ-110型的技术数据

型号

组合方式

额定电压(kV)

灭弧电压(kV)

工频放电电压(kV)

不小于

不大于

FZ-110

4×FZ-30J

110

100

224

268

35kV母线接避雷器选FZ-35型，其参数如表25所示：

表25 35kV避雷器FZ-35型的技术数据

型号

组合方式

额定电压(kV)

灭弧电压(kV)

工频放电电压(kV)

不小于

不大于

FZ-35

8×FZ-15

35

41

84

104

5.2避雷针的配置

5.2.1避雷针的配置原则

发电厂和变电所内须要有良好的接地装置以满足工作、安全和防雷保护的接地要求。一般的作法是根据安全和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体以满足接地电阻要求。变电站一般工频接地电阻数值为0.5~5Ω。本设计中变电站所在地土壤电阻率为1000Ω•M，考虑到一般变电站占地面积约为4000m²，有R=0.5ρ/(√S)=7.91Ω>5Ω，故不符合要求。还需要去降低土壤电阻率（使用降阻剂）或在避雷针和避雷器下面增加接地体等方法来降低接地电阻。

（2）在根据变电所设备平面布置图的情况，确定避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求：

电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000Ω•M的地区，宜装设独立的避雷针。因此该变电站的设计就需要装设独立的避雷针。

独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10Ω。

35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在选址中距离很难达到不小于15m的要求。

所以，该设计中单根避雷针长度的保护宽度至少需要16m，高度选择30m,而两针的保护范围在计算书详细叙述。

第三部分变电站（所）电气一次部分设计计算书

1.负荷计算

1.1、主变负荷计算

总容量计算

110KV侧：

=0.9*44520.202=40068.2KVA

35KV侧：

=0.85*32692.02=27788.2KVA

每台主变：

5年规划：S=80%*=69283.1KVA

10年规划：S=80%*=88424.8KVA

故考虑变电站的10年规划，选取主变容量

，型号SEPSZ-63000/220，数量两台

相数：三相

绕组结构和组别：三绕组YN，y0,d11

调压方式：无励磁调压方式

额定容量

(kVA)

额定电压

(kV)

空载电流

(%)

损耗

(kW)

阻抗电压

(%)

连接

组别

标号

高压

中压

低压

空载

负载

高-中

高-低

中-低

63000

69

10.5

1.3

95

376

22.51

13.6

8

YNy0d11

图10主变参数图

冷却方式：油浸式电力变压器的冷却方式随其型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。容量在31.5MVA及以上的大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。此变电站主变压器采用强迫油循环风冷却。

变压器电抗标幺值计算：主变容量S=63000KVA=63MVA

阻抗电压百分比：,

正序高压端电抗标幺值:=0.101

正序中压端电抗标幺值:=-0.01

正序低压端电抗标幺值:=0.243

1.2、所变负荷计算

变压器容量计算方法为：

故可以根据315kva容量以及留有一定裕度来选择容量为400kva的变压器S7-400/35，具体的型号参数如下表所示：

表26站用变压器S7-400/35参数

高压

（kv）

低压

（kv）

连接组标号

空载损耗（W）

负载损耗（W）

空载电流（%）

阻抗电压（%）

外形尺寸

（长*宽*高mm）

35

0.4

Y,yn0

920

6400

2.0

6.5

1960*1180*2360

1.3绘制短路电流计算结果表

表27 短路计算表

短路点编号

基值

电压

基值

电流

支路电压等级

总电抗标幺值

三相短路电流周期分量有效值

三相短路冲击电流

三相短路全电流

有效值

三相短路容量

公式

根据电路而定

k-1

230

0.251

220

0.020

12.550

32.003

18.951

5000.000

k-2

115.5

0.500

110

0.0655

7.633

19.464

11.526

1538.462

k-3

37

1.560

35

0.192

8.125

20.719

12.269

520.833

2电气设备选择及校验计算

在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按下表计算：

表28 各回路持续工作电流

回路名称

计算公式

变压器回路

馈电回路

注：等都为设备本身的额定值,n是出线回路数，cosψ是该电

压等级的总有功功率除以总视在功率。

表29 各回路持续工作电流计算结果

回路名称

计算公式及结果

220kV母线

220kV进线

110kV母线

110kV出线

35kV母线

35kV出线

2.1高压断路器的选择及校验

设后备保护动作时间：220kV为3s，110kV为3.5s，35kV为4s。

选择与校验的5个条件如下：

额定电压选择：

额定电流：

额定短路开断电流选择：

动稳定校验：

热稳定校验：

220kV母线侧断路器的选择及校验

所选断路器为LW2-220/2500-31.5型，结合表5、表26、表28可得以下分析比较数据：

显然，LW2-220/2500-31.5型断路器是完全符合设计要求的。

220kV进线侧断路器的选择及校验

所选断路器为LW2-220/2500-31.5型，结合表5、表26、表28可得以下分析比较数据：

显然，LW2-220/2500-31.5型断路器是完全符合设计要求的。

110kV母线侧断路器的选择及检验

所选断路器为LW6-110-31.5型，结合表6、表26、表28可得以下分析比较数据：

显然LW6-110-31.5型断路器是完全符合设计要求的。

110kV出线侧断路器的选择及校验

所选断路器为LW6-110-31.5型，结合表6、表26、表28可得以下分析比较数据：

显然，LW6-110-31.5型断路器是完全符合设计要求的。

35kV母线侧断路器的选择及校验

所选断路器为SW2-35/2000-16.5型，结合表7、表26、表28可得以下分析比较数据：

显然，SW2-35/2000-16.5型断路器是完全符合设计要求的。

35kV出线侧断路器的选择及校验

所选断路器为SW2-35/2000-16.5型，结合表7、表26、表28可得以下分析比较数据：

显然，SW2-35/2000-16.5型断路器是完全符合设计要求的。

2.2隔离开关的选择及校验

选择与校验的4个条件如下：

额定电压选择：

额定电流选择：

动稳定校验：

热稳定校验：

220kV母线侧隔离开关的选择与校检

所选隔离开关为GW4-220/630型，结合表8、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，GW4-离开关是完全符合设计要求的。

220kV进线侧隔离开关的选择及校验

所选隔离开关为GW4-220/630型，结合表8、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，GW4-220/630型隔离开关是完全符合设计要求的。

110kV母线侧隔离开关的选择及检验

所选隔离开关为GW4-110/630型，结合表9、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，GW4-110/630型隔离开关是完全符合设计要求的。

110kV出线侧隔离开关的选择及校验

所选隔离开关为GW4-110/630型，结合表9、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，GW4-110/630型隔离开关是完全符合设计要求的。

35kV母线侧隔离开关的选择及校验

所选隔离开关为GW4-35/1600型，结合表10、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，GW4-35/1600型隔离开关是完全符合设计要求的。

35kV出线侧隔离开关的选择及校验

所选隔离开关为GW4-35/1600型，结合表10、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，GW4-35/1600型隔离开关是完全符合设计要求的。

2.3电流互感器的选择及校验

220kV进线电流互感器的选择及校验

所选电流互感器为LB-220/2×300/5型，结合表10、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，LB-220/2×300/5型电流互感器是完全符合设计要求的。

变压器220kV侧电流互感器的选择及校验

所选电流互感器为LB-220/2×300/5型，结合表11、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，LB-220/2×300/5型电流互感器是完全符合设计要求的。

110kV出线电流互感器的选择及校验

所选电流互感器为LB2-110/2×300/5型，结合表12、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，LB2-110/2×300/5型电流互感器是完全符合设计要求的。

变压器110kV电流互感器的选择及校验

所选电流互感器为LB2-110/2×300/5型，结合表12、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，LB2-110/2×300/5型电流互感器是完全符合设计要求的。

35kV出线侧电流互感器的选择及校验

所选电流互感器为LB6-35/5~2000/5型，结合表13、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，LB6-35/5~2000/5型电流互感器是完全符合设计要求的。

变压器35kV侧电流互感器的选择及校验

所选电流互感器为LB6-35/5~2000/5型，结合表13、表26、表28以及3.1相应断路器的选择与校验可得以下分析比较数据：

显然，LB6-35/5~2000/